[壳聚糖絮凝剂处理废水中Cu2+的研究]壳聚糖絮凝剂
时间：2019-02-03 03:22:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要： 本文研究了壳聚糖对铜离子的吸附特性，考查了pH值、氢氧化物、絮凝时间、铜离子质量浓度对吸附效果的影响。当pH值为5.5―6.5时，用壳聚糖吸附铜离子，铜离子质量浓度低于100 mg•L-1时，除铜率在99%以上；即使铜离子原始质量浓度在400 mg•L-1，残液铜离子质量浓度仍符合国家废水排放标准。用NaOH絮凝沉淀，pH=11时，除铜率达100%，耗碱量大，不符合废水排放的酸度要求。
关键词： 壳聚糖 絮凝剂 铜离子 废水处理 去除率
壳聚糖（Chitosan，CHI）是一种天然高分子聚合物，可先由虾蟹壳经稀酸、稀碱处理脱钙、脱蛋白质和脂肪得到结构类似于纤维素的甲壳素，然后在浓碱溶液中脱去乙酰基得到。壳聚糖是一种高性能的重金属离子捕集剂，这主要得益于壳聚糖大分子内含有大量的氨基、羟基，壳聚糖的氨基、羟基和重金属离子形成稳定的五环状螯合物，使直链的壳聚糖形成交链的高聚物，对重金属离子具有良好的螯合作用，它可除去工业废水中的铜、镉、汞等重金属离子。壳聚糖对环境友好，人们越来越多地利用壳聚糖的这些特性，开发许多用途。随着近年来大量基础及应用研究的进行，甲壳素及其衍生物已在化工、印染、造纸、医药、食品、环保等诸多领域显示出其独特的应用价值，是一种有良好发展前景的天然高分子絮凝剂，日本等国家已将它用于城市生活废水和工业废水的处理。
铜是一种有价金属，其应用范围很广，生活中铜具有极其重要的作用。天然水中含铜极少，水中的铜主要是工业废水的污染造成的，铜可以影响水的色嗅味等性状。此外，铜对水体的自净作用有严重的影响，同时铜是很重要的有价金属，流失于污水中也是一种资源浪费。因此回收有价金属铜和去除废水中污染的铜显得十分必要。壳聚糖与金属离子的配位随条件不同而配位能力不同。本文用自制的壳聚糖作为絮凝剂处理回收铜，得出吸附水中微量Cu2+的最佳条件，为壳聚糖在重金属废水的处理应用打下基础。
1.实验部分
（1）主要试剂及仪器
原子吸收分光光度计；PHS-2型酸度计；铜粒纯度为99•999%（上海化学试剂厂，）壳聚糖（自制）；其他试剂均为AR级。
（2）壳聚糖的制备及脱乙酰度的测定
将甲壳质浸入质量浓度为40%氢氧化钠溶液中煮沸1.5h，清洗、晾干、研磨成粉末即得壳聚糖，用电位滴定法测定脱乙酰度，测得其脱乙酰度为88.76%。
2.结果与讨论
（1） pH值对絮凝效果的影响
pH是影响吸附作用最主要的因素。较多的研究者认为pH能影响壳聚糖上的活性位点的功能。当pH低于3时，过多H+的会使壳聚糖中的-NH2转变为-NH，对Cu2+的吸附造成抑制作用，超过一定的pH时，Cu2+会形成沉淀，使处理剂失效。pH对Cu2+吸附的影响试验如图1所示。
由图1可知，当溶液pH值在5.5―6.5范围内时具有较好的去除效果，去除率最高可达98.3%。
（2）氢氧化钠对铜离子絮凝效果的影响
我们考查了絮凝过程中氢氧化钠的作用：配制80 mg•L-1、100 mg•L-1的铜离子溶液，分别移取100ml于两个300ml的烧杯中，各加入10ml壳聚糖溶液，调整其pH=6，静置24h以上。同上分别移取80 mg•L-1、100 mg•L-1的铜离子溶液各100ml于300ml的烧杯中，加NaOH溶液至出现大量沉淀，测其pH值约为11，静置24h以上。测其上清液中的铜离子含量，结果见表1。（*为未加壳聚糖溶液）
从表1中可以看出：用壳聚糖溶液进行絮凝在pH=6时，去除率即可达到99%以上，单独用碱进行沉淀，则需在pH=11时，才能完全沉淀下来。因此，用壳聚糖絮凝除有很大的经济价值。
（3）絮凝时间对絮凝效果的影响
图2为吸附时间对Cu2+吸附的影响。由图2可知，随着吸附时间的增加，Cu2+去除率有所提高，在前30min，吸附速率较快，随后吸附速率减慢。这是因为壳聚糖表面带有大量的游离氨基，可以很快地吸附，随着吸附时间的增加，壳聚糖上的-NH2和-OH与Cu2+全部形成了螯合物，壳聚糖颗粒外层对Cu2+的吸附达到饱和。离子进一步向内部扩散，由于扩散阻力的存在，进一步的吸附就变得困难了。这也表明壳聚糖与重金属离子的作用属于物理吸附过程。考虑到吸附效率，因此吸附时间选择30min―1h即可。
（4）铜离子质量浓度对絮凝效果的影响
移取20 mg•L-1、40 mg•L-1、80 mg•L-1、100 mg•L-1、400 mg•L-1的铜离子溶液及1000 mg•L-1铜离子溶液100mL于6个300mL烧杯中，各加10mL壳聚糖溶液，调节其pH值为6，静置12h以上，取其上清液测其含铜量，结果如图3所示。由图3可以看出铜离子质量浓度对去除率影响不大，去除率均在99%以上。且残液浓度随原始浓度的增大而增大，即使铜离子原始质量浓度在400 mg•L-1时，处理之后仍旧符合国家废水排放标准。
3.结语
（1）用碱絮凝沉淀，pH=11时，除铜率达100%，耗碱量很大，且不符合废水排放的酸度要求。
（2）采用壳聚糖絮凝剂絮凝除铜，当水溶液的pH为5.5―6.5时，除铜效果很理想。水样铜离子质量浓度低于100 mg•L-1时，除铜率在99%以上；即使铜离子原始质量浓度达到400 mg•L-1，残液铜离子质量浓度仍符合国家废水排放标准。
（3）壳聚糖与重金属离子的作用属于物理吸附过程。考虑到吸附效率，因此吸附时间选择30min―1h即可。
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